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Stand der Technik
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Die
Erfindung betrifft ein Steuergerät
bzw. eine Vorrichtung bzw. ein Verfahren zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln
nach der Gattung der unabhängigen
Patentansprüche.
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Aus
DE 2004 042 467 A1 ist
ein Verfahren zur Erzeugung eines Auslösesignals für eine Fußgängerschutzvorrichtung bekannt.
Dabei wird neben einer Auslöseprüfung anhand
von Sensorsignalen auch eine Plausibilitätsprüfung durchgeführt.
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Offenbarung der Erfindung
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Das
erfindungsgemäße Steuergerät bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung
bzw. das erfindungsgemäße Verfahren
zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln mit den Merkmalen der
unabhängigen Patentansprüche haben
demgegenüber
den Vorteil, dass nunmehr eine Klassifizierung einer Kollision in Abhängigkeit
von allen Signalen erfolgt. Das heißt, da mindestens zwei Beschleunigungssensoren
vorliegen und entsprechend Signale liefern, werden auch beide Signale
berücksichtigt,
da es sich gezeigt hat, dass das Signal, das dem Aufprall am nächsten ist,
zwar die höchste
Signalstärke
aufweist, aber eine Unterscheidung verschiedener Klassen, beispielsweise
bezüglich
des Unfalltyps, damit schwer möglich
ist. Damit ist der Kern der Erfindung die Auswertung der Signale
vom Aufprall nicht direkt betroffenen Beschleunigungssensoren, wobei
der Einfachheit halber auch die Sensoren mit einbezogen werden, die
direkt betroffen sind. Durch entsprechende Auswertungen ist es jedoch
dann möglich,
das Signal mit der Maximalstärke
entsprechend im Einfluss auf eine Auslöseentscheidung abzuschwächen.
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Hintergrund
ist, dass der flexible Stoßfänger lokal
relativ unabhängig
von der Masse des aufprallenden Objekts eine große Beschleunigung erzeugen kann,
die am ehesten mit der Geschwindigkeit korreliert und nicht mit
der Masse des Objekts. Die Oszillationen des gesamten Stoßfängers sind
jedoch sehr wohl mit der Masse des auftreffenden Objekts korreliert,
sodass die Oszillation der von dem Aufprall nicht direkt betroffenen
Sensoren eine Unterscheidung ermöglicht.
Dies wird erfindungsgemäß dadurch
erreicht, dass die Klassifizierung in Abhängigkeit von allen Signalen
erfolgt.
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Die
Auswerteschaltung ist vorzugsweise ein Mikrocontroller oder ein
Mikroprozessor oder ein integrierter Schaltkreis wie ein ASIC oder
eine diskret aufgebaute Auswerteschaltung. Sie ist im Steuergerät angeordnet.
Die Ansteuerschaltung ist eine Zündkreisschaltung,
die zur Bestromung bzw. Auslösung der
entsprechenden Fußgängerschutzmittel
führt. Daher
weist eine solche Ansteuerungsschaltung üblicherweise Leistungsschalter
auf, um den hohen Zündstrom
führen
zu können.
Die Schnittstelle ist üblicherweise
hardwaremäßig, beispielsweise
als integrierter Schaltkreis, ausgeführt, sie kann jedoch auch als
Softwareelement ausgeführt
sein und beispielsweise auf dem Mikrocontroller als der Auswerteschaltung
ablaufen.
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Durch
die in den abhängigen
Ansprüchen aufgeführten Maßnahmen
und Weiterbildungen sind vorteilhafte Verbesserungen des in den
unabhängigen
Patentansprüchen
angegebenen Steuergeräts bzw.
der in den unabhängigen
Patentansprüchen
angegebenen Vorrichtung bzw. des in den unabhängigen Patentansprüchen angegebenen
Verfahrens zur Ansteuerung von Personenschutzmitteln möglich.
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Besonders
vorteilhaft ist, dass ein Unterscheider in der Auswerteschaltung
als Hardware oder Software vorliegt, der die Klassen unterscheidet und
in Abhängigkeit
von der Klassenunterscheidung einen Fußgängerschutz-Algorithmus oder
einen Crashschwereerkennungs-Algorithmus aus einem Speicher lädt, um den
entsprechenden Algorithmus dann zur Erzeugung des Ansteuerungssignals
zu verwenden. Dabei erkennt der Algorithmus, ob ein Ansteuerungssignal
erzeugt wird oder nicht.
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Es
ist weiterhin vorteilhaft, dass genau vier Klassen verwendet werden.
Damit ist eine einfache, aber dennoch effektive Zuordnung möglich, um
die Ansteuerung der Personenschutzmittel zu optimieren. Beispielsweise
wird eine erste Klasse dazu verwendet, Kollisionen mit kleinen Objekten
wie Tonnen, Kleintieren usw. abzudecken. Die zweite Klasse wird vorteilhafterweise
für die
Fußgängerkollision
verwendet. Die dritte Klasse wird für so genannte Misuse-Fälle verwendet.
Misuse-Fälle
sind vom Signal her zumindest kurzzeitig Auslösefälle, sie sollen jedoch nicht
zu einer Ansteuerung der Personenschutzmittel führen. Dazu zählen beispielsweise
so genannte Hammerschläge
oder auch Fahrversuche. Eine vierte Klasse wird beispielsweise dann
für die Crashes
mit verschiedener Schwere verwendet.
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Zur
Klassifizierung können
die Signale vorteilhafterweise einer Minimumsuche und/oder einer Mittelwertbildung
unterzogen werden. Mit der Minimumsuche kann das Signal gesucht
werden, das nicht direkt vom Aufprall betroffen ist und daher ein besseres
Maß für die Masse
des Aufprallobjekts liefert. Mit der Mittelwertbildung, die auch
gewichtet sein kann, kann der Einfluss des starken Signals gedämpft werden.
Andere Methoden sind möglich.
Beispielweise kann die Gewichtung der einzelnen Signale anhand der
Signale selbst erfolgen. Zur Gewichtung kann zusätzlich auch noch eine sigmoide
Funktion verwendet werden. Diese Funktion hat sich als besonders
vorteilhaft erwiesen, wobei jedoch auch andere ähnlich gestaltete Funktionen
verwendet werden können.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
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Es
zeigen
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1 ein
Blockschaltbild der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit dem erfindungsgemäßen Steuergerät,
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2 eine
Auswahl der Softwaremodule auf dem Mikrocontroller als der Auswerteschaltung,
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3 ein
erstes Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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4 ein
zweites Flussdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens,
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5 eine
erste Methode zur Klassifizierung,
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6 eine
zweite Methode zur Klassifizierung,
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7 ein
erster Aufbau des Gesamtsystems,
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8 ein
zweiter Aufbau des Gesamtsystems und
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9 eine
sigmoide Funktion.
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1 erläutert in
einem Blockschaltbild die erfindungsgemäße Vorrichtung mit dem erfindungsgemäßen Steuergerät. In einem
Fahrzeug FZ sind an einem Stoßfänger SF
drei Beschleunigungssensoren BS1, BS2 und BS3 hinter der Stoßfängerverkleidung angebracht.
Diese Beschleunigungssensoren BS1, BS2 und BS3 sind üblicherweise
in Fahrzeuglängsrichtung
empfindlich, sie können
jedoch auch in andere Raumrichtungen zusätzlich oder anstatt empfindlich
sein.
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Ein
mikromechanisches Sensorelement des jeweiligen Beschleunigungssensors
BS1-3 bewegt sich in Abhängigkeit
von einer erfahrenen Verzögerung.
Diese Bewegung drückt
sich in einer Kapazitätsänderung
aus, die als Spannungsänderung
gemessen wird. Die Spannungsänderung
wird verstärkt und
digitalisiert und so über
Punkt-zu-Punkt-Verbindungen
zu einer Schnittstelle IF im Steuergerät SG übertragen.
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Die
Beschleunigungssensoren BS1-3 weisen Befestigungsmittel auf, die
eine Verbindung mit dem Stoßfänger beziehungsweise
der -verkleidung ermöglichen.
Dies kann eine Verschraubung, Verschweißung, Vernietung, Verklebung
oder andere bekannte Verbindungstechniken sein.
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Für die Übertragung
weisen die Sensoren BS1 bis BS3 einen Schnittstellenbaustein auf,
der die Übertragung
gewährleistet.
Insbesondere können
die Sensoren BS1 bis BS3 über
die Leitungen auch mit Energie versorgt werden und sie übertragen
dann die Daten, indem sie diese Energieversorgung modulieren.
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Die
Schnittstelle IF kann ein oder mehrere Bausteine, beispielsweise
ICs, aufweisen. Die Schnittstelle IF sorgt dafür, dass die Sensordaten zum
Mikrocontroller μC übertragen
werden. Dafür wird üblicherweise
der so genannte SPI (Serial Peripherial Interface)-Bus verwendet.
Weitere im Steuergerät
für den
Betrieb notwendige Komponenten sind der Einfachheit halber dann
weggelassen worden, wenn sie für
das Verständnis
der Erfindung nicht notwendig sind.
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Der
Mikrocontroller μC
als der Auswerteschaltung klassifiziert die Kollision anhand aller
Signale der drei Beschleunigungssensoren BS1 bis BS3. In Abhängigkeit
von der Klassifikation wählt
der Mikrocontroller μC
einen Algorithmus aus, also entweder einen Fußgängerschutz-Algorithmus oder
ein Algorithmus zur Erkennung der Crashschwere. Diese Algorithmen
kann der Mikrocontroller μC
aus dem Speicher S laden, der flüchtige und
nicht flüchtige Teile
aufweist. Beispielsweise kann es sich bei einem nicht flüchtigen
Teil um einen EEPROM handeln.
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Ist
der entsprechende Algorithmus ausgewählt, dann läuft dieser Algorithmus über das
Sensorsignal bzw. über
die Sensorsignale, um zu bestimmen, ob die Ansteuerung der Personenschutzmittel PS
wie Airbags, Gurtstraffer, Kopfstützen bzw. Fußgängerschutzmittel
wie anhebbare Fronthaube und Außenairbags
gegeben ist. Ist das der Fall, dann wird ein Ansteuersignal vom
Mikrocontroller μC
an die Ansteuerschaltung oder Zündkreisschaltung
FLIC übertragen.
Diese Ansteuerschaltung FLIC sorgt dann für die Ansteuerung der entsprechenden
Personenschutzmittel, die im Ansteuersignal angegeben sind. Die
Ansteuerung erfolgt bei pyrotechnisch ausgebildeten Schutzmitteln über die
Bestromung einer Sprengladung, die durch die Bestromung zur Sprengung
gebracht wird. Dies führ
dann beispielsweise bei einem Airbag zu einer schnelleren Aufblähung des
Airbags.
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Entscheidend
ist hier, dass alle Sensorsignale des Stoßfängers zur Klassifizierung verwendet werden
und nicht ein einziges. Damit können
insbesondere auch die Signale berücksichtigt werden, die nicht
in direktem Kontakt mit dem Aufprallobjekt entstanden sind. Mit
diesen nicht betroffenen Sensoren und deren Signalen ist eine Analyse
der Schwingungsenergie des Stoßfängers möglich. Dies
verleiht eine bessere Analyse der Masse des Objekts. Anhand der
Klassifizierung wird dann der entsprechende Algorithmus ausgewählt, um
die Ansteuerungsentscheidung zu bilden.
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2 zeigt
in einer schematischen Darstellung, welche Softwaremodule auf dem
Mikrocontroller μC
beispielsweise angeordnet sind. Dazu gehört zunächst die Vorklassifizierung 20,
also die Klassifizierung der Kollision anhand aller Sensorsignale. Weiterhin
ist ein Unterscheider 21 vorgesehen, der anhand der Klassifizierung
festlegt, welcher Algorithmus geladen werden soll. Weiterhin sind
der Fußgängerschutz-Algorithmus 22 und
die Crashschwereerkennung 23 als Softwaremodule vorgesehen.
Weitere Softwaremodule sind vorhanden, die jedoch für das Verständnis der
Erfindung nicht notwendig sind.
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3 erläutert in
einem Flussdiagramm den Ablauf des erfindungsgemäßen Verfahrens. In Verfahrensschritt 300 werden
zumindest zwei Signale von unterschiedlichen Beschleunigungssensoren
am Stoßfänger bereitgestellt.
Diese Signale führen
dann in Verfahrensschritt 301 zur Klassifizierung der Kollision.
In Abhängigkeit
von der Klassifizierung wird in Verfahrensschritt 302 das
Ansteuerungssignal erzeugt und an die Ansteuerschaltung übertragen.
Die Ansteuerschaltung kann dann in Verfahrensschritt 303 die
Personenschutzmittel ansteuern.
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4 zeigt
in einem weiteren Flussdiagramm einen Teil des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In Verfahrensschritt 400 erfolgt die Klassifizierung des
Aufpralls in eine von vier Klassen. In Verfahrensschritt 401 wird
geprüft,
durch den Unterscheider, ob die klassifizierte Klasse 1 oder 2 ist.
Ist das der Fall, dann wird zu Verfahrensschritt 402 gesprungen
und der Fußgängerschutzalgorithmus
auf die Sensorsignale angewendet. Ist das nicht der Fall, dann muss
die Klassifizierung 3 oder 4 sein und es wird der Crashschwereerkennungs-Algorithmus
in Verfahrensschritt 403 geladen, um diesen auf die Sensorsignale
anzuwenden.
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5 zeigt
in einem Signal-Ablaufdiagramm ein erstes Beispiel für die Klassifizierung.
Die Beschleunigungssignale 500, 501 und 502 werden
jeweils auf einen Block 503 und einen weiteren Block 504 gegeben.
Im Block 503 wird das Minimum der drei Signale bestimmt.
Das ist also dann das Signal, das am weitesten vom Aufprall entfernt
ist. In Verfahrensschritt 504 erfolgt die Durchschnittsbildung
der drei Signale, sodass auch der Einfluss des großen Signals
damit reduziert wird. Im Block 508 wird das Minimum mit
dem Durchschnittswert addiert und das Ergebnis 505 wird
dann der Klassifizierung 507 zugeführt. Zusätzlich kann noch der Durchschnittswert
allein 506 der Klassifizierung zugeführt werden.
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6 zeigt
ein weiteres Beispiel zur Bestimmung der Klassifizierung. Dazu werden
die 3 Sensorsignale 600, 601 und 602 einem
Block 603 und einem Block 604 zugeführt. Im
Block 603 wird die Summe bestimmt, im Block 604 das
Maximum. Verstärkungselement 605 wird
das Maximum mit einem applizierbaren oder festen Wert zwischen 0
und 1 multipliziert (Falls der Verstärkungsfaktor 1 ist kann dieses
Element 605 ausgelassen werden). In Block 606 wird dieses
gewichtete Maximum von der Summe angezogen. Die Differenz wird in
der nachfolgenden Klassifizierung (nicht abgebildet) ausgewertet.
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Vorklassifizierung
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Die
Funktion f ist eine geeignete Verarbeitung des Beschleunigungssignals.
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Es
gibt verschiedene Funktionen f(x), die an dieser Stelle geeignet
sein können:
- – erstes
Integral,
- – zweites
Integral,
- – erstes
Integral des Betrages,
- – zweites
Integral des Betrages,
- – Gefilterte
Größen,
- – Fensterintegrale,
- – Fensterintegrale
des Betrages,
Beispiel sei
f(x) = integral(abs(x)). Gleichung
1
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Die
Werte a1, a2 und a3 sind die Signale zu drei auf dem Stoßfänger verteilten
Sensoren.
a1 = f(acc_channel1)
a2 = f(acc_channel2)
a3
= f(acc_channel3) Feature 1 = min([a1; a2; a3])
+ median([a1; a2; a3])) Feature 2 = median([a1;
a2; a3]))
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Statt
der Medianfunktion kann auch der Durchschnitt (mean) gewählt werden.
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Eine
weitere Möglichkeit
bietet eine Wichtung der Kanäle,
wobei der Einfluss des Kanals mit der stärksten Antwort abgewertet wird: Feature 3 = (a1 + a2 + a3) – alpha·max(a1, a2, a3), alpha wird
zwischen 0 und 1 gewählt;
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Ein
allgemeiner Ansatz dieser Art ist im Folgenden gegeben, wobei w_i(a1,
a2, a3) eine frei wählbare
Wichtungsfunktion ist: Feature 4 = w_1(a1, a2,
a3)·a1
+ w_2(a1, a2, a2)·a2 +
w_3(a1, a2, a2)·a3w_i
kann dabei vorteilhafterweise durch eine sigmoide Funktion dargestellt
werden.
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Die
hier beschriebenen Verfahren lassen sich mit ggf. angepassten Schwellen
auch im Funktionsblock FGS-Misuse zur weiter Unterteilung von Misuseobjekten
(Klasse 3), z.B. Steinschlag gegen Einkaufswagen einsetzen.
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Für unterschiedliche
Auswertung ist der Parameter des Integrationsfensters (Gleichung
1) geeignet einzustellen.
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7 zeigt
ein erstes Gesamtsystem. Die Beschleunigungssignale BS1 bis BSN 700 und 701 werden
der Vorklassifizierung 702, die in der oben beschriebenen
Weise durchgeführt
werden kann, zugeführt.
Anhand der Vorklassifizierung 702 wird auch entschieden,
welcher Algorithmus dann angewendet werden soll. Entweder kann der
Front-Crash-Algorithmus 703 verwendet werden, um dann ggf.
Frontaktuatoren 704 zu betätigen. Der Unterscheider kann
jedoch auch zur Auffassung gelangen, dass der Fußgängerschutzalgorithmus 705 verwendet
werden soll. Der bestimmt dann, ob ein Fußgängerschutzaktuator 706 oder
ein Fußgängerschutz-Misuse-Fall vorliegt.
Die Misuse-Klassifizierung erfolgt in Verfahrensschritt 708 und
führt ggf.
zur Betätigung
einer Warnlampe 709.
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8 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel des
Gesamtsystems. Die Beschleunigungssensoren 800 bis 801 liefern
ihre Signale an die Vorklassifizierung und den Fußgängerschutz-Algorithmus 802. Auch
hier kann dann die Unterscheidung vorliegen, ob ein Front-Crash-Algorithmus 803 zur
Auswertung des Signals verwendet werden soll, um einen Frontaktuator 804 anzusteuern.
Wird der Fußgängerschutz-Algorithmus verwendet,
dann entscheidet sich, ob ein Fußgängerschutzaktuator 805 betätigt werden
soll oder ein Misuse-Fall vorliegt. Dieser ist mit dem Bezugszeichen 806 gekennzeichnet.
Die Misuse-Klassifizierung erfolgt dann im Block 807. Handelt
es sich um einen Stein oder einen Parkrempler oder kleines Tier,
führt dies
dann ggf. zur Ansteuerung der Warnlampe 808.
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9 zeigt
als Bewertungsfunktion eine sigmoide Funktion 92, die vom
Wert 1 auf der Ordinate 91 auf die Abszisse 90 abfällt. Auf
der Abszisse ist der entsprechende Signalwert AI angegeben, dividiert
durch die Summe aller Signalwerte. Diese sigmoide Funktion wird
zur Errechnung der Wichtungsfaktoren der Signalanteile der Kanäle genutzt.
Diese Wichtungsfaktoren w_i können
zur Errechnung des Features 4 eingesetzt werden.